Отпечатки на геноме

Может ли жизненный опыт вашего ребенка может приводить к постоянным изменениям в его генах? Кажется, что эта идея противоречит тому, чему нас учили в школе, однако она опирается на клеточные процессы, известные биологам. В ответ на различные сигналы так называемые эпигенетические (надгенетические) модификации могут заблокировать участок ДНК, производя химические изменения, которые влияют на его форму, так что белок, закодированный в этом гене, не может образоваться.

При копировании ДНК в процессе клеточного деления копируются также эпигенетические модификации, поэтому все следующие поколения клеток сохраняют эту информацию.

Ученым давно известен этот процесс. Он объясняет, почему разные типы клеток (например, нейроны и клетки почек) выглядят и действуют по-разному, хотя содержат одну и ту же ДНК.

Более современные исследования показывают, что события, происходящие в окружающей среде, могут вызвать сходные долговременные изменения в ДНК, преобразуя кратковременный опыт в постоянную генную модификацию. Накопление эпигенетических модификаций также объясняет, почему однояйцевые близнецы, у которых набор генов абсолютно одинаковый, не выглядят как полные копии друг друга.

Когда эпигенетические модификации возникают в сперме или яйцеклетках, они могут повлиять на будущие поколения. Этот процесс лучше всего изучен на лабораторных животных.

Например, самки мышей, которые в молодости провели 2 недели в так называемой обогащенной среде (со множеством лесенок, мест для лазания и игрушек), легче поддавались обучению в зрелом возрасте. То же самое делали их мышата, даже те, которые воспитывались приемной матерью и росли не в обогащенной среде. Мышата извлекали пользу из опыта своей матери, передаваемого через эпигенетические модификации с ее ДНК.

Эти исследования находятся на раннем этапе, поэтому список известных эпигенетических эффектов продолжает расти. Каждый опыт социального взаимодействия может модифицировать последующее поведение, включая реакцию на стресс, благодаря эпигенетической модификации отдельных генов.

Питание в дородовом и на ранних стадиях послеродового периода может повлиять на риск возникновения сердечных заболеваний, диабета 2-го типа, тучности и рака у людей в зрелом возрасте. Эксперименты на животных поддерживают идею, что подобные эффекты могут иметь отношение к эпигенетической модификации ДНК. Эпигенетическая модификация представляет собой простой химический процесс, но она может буквально кодировать жизненный опыт и передавать вашим детям частицу вашей личности.

Влияние некоторых внешних факторов на развитие мозга является необратимым. Например, культура полностью определяет родной язык вашего ребенка, но после того, как процесс освоения первичного языка завершается, уже нет возможности заменить его другим родным языком.

На самом деле с точки зрения отдельного нейрона трудно провести различие между генетическим воздействием и влиянием окружающей среды. Сигналы, которые поступают в мозг через глаза или уши (т.е. через органы восприятия), влияют на развитие (формируя химические сигналы для модификации генов или протеинов) точно так же, как это осуществляют генетические воздействия. Некоторые из этих перемен обратимы, другие – необратимы. Но то обстоятельство, возникли ли они внутри организма или за его пределами, не имеет решающего значения. Поскольку влияние идет в обоих направлениях, многие процессы развития представляют собой петлеобразные обратные связи, где гены влияют на наше окружение, которое, в свою очередь, влияет на наши гены (или по крайней мере на способ их проявления) и так далее. Идея взаимного влияния трудно поддается осмыслению. Когда мы думаем о генетическом наследии, то, как правило, обращаемся к знакомым примерам, таким как школьные уроки о морщинистой и гладкой фасоли Грегора Менделя или о генах, отвечающих за цвет глаз. Эти примеры учат в школе, так как их просто объяснить на конкретном материале, но большинство генов воздействуют на мозг и поведение значительно более сложными способами.

Культура может быть двигателем эволюции

Наш жизненный опыт также может модифицировать человеческий геном в эволюционном масштабе времени за счет влияния культурных изменений на естественный отбор. Генетики рассматривают культуру как любую усвоенную информацию, влияющую на поведение, которая может включать знания, навыки, ценности и убеждения.

Примерно 8-9 тысяч лет назад, когда египтяне начали одомашнивать коров, молоко стало пищей и для взрослых, а не только для младенцев. До этой перемены, которая была исключительно культурным новшеством, взрослые люди не переносили лактозу и не могли переваривать молоко. По мере распространения скотоводства гены, которые приводили к выработке энзима лактозы у взрослых людей, встречались все чаще, поскольку люди, способные переваривать молоко, в целом питались лучше тех, кто не мог этого делать. Различные генетические мутации привели к усвоению лактозы у населения Европы и Восточной Африки примерно в то же время, когда там началось разведение домашнего скота. В наши дни непереносимость лактозы остается распространенной у людей азиатского и западноафриканского происхождения, чьи предки не занимались одомашниванием крупного рогатого скота.

По оценкам исследователей, от 700 до 2000 человеческих генов проявляют признаки недавней быстрой эволюции; многие из этих изменений могут быть вызваны культурными переменами. Например, гены, которые помогают нашему организму реагировать на патогены, изменялись очень быстро. Возможно, эволюция новых систем иммунной защиты была вызвана развитием фермерства, что привело к новым заболеваниям из-за тесного контакта людей с животными и их микробами.

Другие группы генов тоже быстро изменяются. Одна из них, связанная с усвоением различных видов еды и алкоголя, могла быть сформирована привычками питания. Начало тепловой обработки продуктов коррелирует с изменениями в пищеварительном тракте, развитием рецепторов горького вкуса, формированием зубной эмали и особенностей челюстной мускулатуры. Другим примером являются гены, которые влияют на функции мозга, о чем свидетельствуют явные успехи в таких областях, как язык и способность к обучению.

Культурные изменения тоже способны защищать людей от стрессов, вызванных новой средой обитания. Когда люди мигрировали в более холодные места, они научились поддерживать огонь и одеваться в меховые шкуры вместо того, чтобы обрастать шерстью и накапливать слой подкожного жира, который защищает других животных при низких температурах. Некоторые исследователи выдвинули гипотезу, что способность адаптироваться к новой обстановке за счет усвоенных схем поведения может освободить наш вид от некоторых ограничений, налагаемых естественным отбором на других животных, и таким образом позволяет нам поддерживать необычно широкое разнообразие генетических особенностей нашего вида.

Нет сомнения, что и гены, и окружающая среда сильно влияют на индивидуальные различия в поведении. Гены, которые ребенок наследует от родителей, не окончательно определяют, каким человеком он станет, но они определяют спектр возможностей развития, открытых для него. Одинаковые генетические тенденции могут очень по-разному проявляться в разных культурах. Из-за широкого взаимодействия почти невозможно вычислить, в какой степени то или иное поведение обусловлено генами или окружающей средой.

Поэтому в следующий раз, когда вы прочитаете, что интеллект на 60% зависит от генетики, или что дети агрессивны лишь из-за поведения, усвоенного от своих ролевых моделей, имейте в виду, что биология так не работает. Гены и окружающая среда нерасторжимо связаны на всем протяжении жизни вашего ребенка.

Источник: Сэм Вонг, Сандра Амодт "Тайны мозга вашего ребенка"

Комментарии: